CN1137332C - 流体转叶式转子泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泵的技术领域。其为同一泵同时具备能适应液体工质，也能适应气体工质，还能适应气、液混合流体工质进行经常工作而设计的。该泵包括泵壳、转子组件、转子球面定心器和传动系统组成，其特征在于实际工作腔径向利用定子转叶和转子转叶实行封闭，轴向有定子左、右端板封闭，轴与转子联结采用+字联轴器机构，转子与主轴采用球面定心机构控制转子运转中心。它具有对工质状态兼容性强、用途广泛、工作径向压力平衡卸荷、流量脉动小、吸力大、排出压力高、体积小、噪音低、效率高、使用寿命长等优点。

Description

流体转叶式转子泵

技术领域

本发明涉及流体泵技术领域。

背景技术

传统的流体泵一般分成液体泵，如离心式水泵；气体泵，如活塞式气泵；在工作中不能互相兼用。例如离心式水泵在抽取液面比泵体安装水平面低的液体时，泵的吸入管道在低于液面下的液体位置中，均需增加底阀，加足引水，放去空气，才能开始工作。或干脆在系统中增加一台真空泵，来保证离心泵的工作。再例如活塞式气泵，如气缸内吸入大量液体，必将形成敲缸。总之传统的流体泵针对液、气混合流体作为工质时，往往要增加许多辅助装置，对气、液体进行分离后，分流入泵，才能保证泵的正常工作。专利申请号为96105456.5的中国专利“回转叶片式流体压缩机”公开一种不降低容积效率的压缩机或真空泵，其在壳体中设有近似椭圆的气缸，在此气缸的偏心位置上设置有径向可移动的移动叶片，移动叶片安装在转子上，利用转子把气缸划分为容积大的压缩室和容积小的密封液泵室，从泵室排出口排出加压密封液送至压缩机或真空泵需要密封润滑部位。它们缺点是牺牲一种容积效力来保证另一种容积效力，总效力减低，径向力不能平衡，流量脉动大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体工质不管是液体，还是气体，或者是液、气混合体均能兼用并正常工作的，而且效率高，径向力均匀平衡，流量脉动小的流体转叶式转子泵。

本发明的技术方案是这样实现的。该流体转叶式转子泵，其包括有泵壳、转子，泵壳中间空腔中有固定于主轴上并由其带动的圆柱体转子，同时泵壳中间空腔开有流体吸入口和排出口，其特征在于：(1)泵壳定子中间空腔内表面均布多个开口圆柱孔作为定子转叶座，定子转叶座内装有开有缺口的圆柱定子转叶，定子转叶与定子转叶座之间设有使定子转叶旋转复位和作径向密封的弹性机构，循着转子转动方向，在每个定子转叶前后位置，定子中间空腔内表面设有流体排出口和流体吸入口，流体排出口至定子转叶，定子中间空腔内表面的过渡面上装有弹性过渡曲线连接板，整个弹性过渡曲线连接板是逐步减径，最后与转子外径吻合，定子转叶至流体吸入口，定子中间空腔内表面的过渡面装有弹性过渡曲线连接板，整个弹性过渡曲线连接板是逐步增径，从最初转子外径增大至定子中间空腔表面，定子空腔其余表面为大圆圆弧面；(2)转子外径表面开有圆周均布的、呈偶数且2对和2对以上的开口圆柱体孔，作为转子转叶座，转子转叶座内装有截面为大半圆的转子转叶，转子转叶截面局部曲面曲率半径与转子半径相同；转子转叶座与转子转叶之间设有使转子转叶做出径向密封、回转、转子外径补缺动作的弹性机构。

上述弹性过渡曲线连接板其结构可以为一端与定子为轴式活动连接固定，另一端背面与定子弹簧孔之间支有弹簧也可以为其背面设有卡脚卡在定子卡座上，同时两端背面与定子弹簧孔之间设有弹簧。

上述弹性机构为定子转叶或转子转叶轴芯上套有扭簧，扭簧一端卡在定子转叶座或转子转叶座弹簧孔上，也可以为定子转叶座或转子转叶座弯设有弹簧孔和开口槽，对应转叶开有斜槽，转叶座与转叶之间连有弹簧座和弹簧。

上述流体吸入口和流体排出口可以在泵壳中用通道连接起来成为一个总流入吸入口和总流体排出口。

上述转子转叶个数为4-12个。

上述定子转叶与转子外径相接触的部分缺口曲率半径与转子半径相同。

上述弹性过渡曲线连接板固定在正、反定子端面上。

上述过渡面与弹性过渡曲线组成的曲线连接板减径时其曲线从大圆半径起微递减径到等减径到微递减径再到转子外径上保持一段等径，并延伸至定子转叶旁，增径时，反之。

上述弹性过渡曲线连接板其轴定位在定子过渡面曲线中段或顶点，定位在顶点时，定子过渡面成为大圆弧面一部分。

上述定子其左、右端板开设减压槽和加压槽。

上述泵壳其左盖板设有调整螺钉和调整螺钉紧定螺母组成主轴轴向活动间隙调整结构。

上述泵壳设有机械密封静止环固定板，其空腔内装有正常泄漏工质的毛细排放管。

上述转子通过十字联轴器联接主轴，主轴沿轴线开有一腰形孔，腰形孔平行轴线的两面为直平面，对应套在主轴上的中间圈也开有两圆孔，联轴器联接销甲沿轴线两面削平，并保持剩余两面基圆弧面，穿入主轴腰形孔和中间圈圆孔中，联轴器联接销乙有两根，一头布置在联轴器中间圈与联接销甲之孔同一平面而相互垂直的两孔中，另一头与转子配合，顶端曲率半径与转子半径相等。

上述主轴与转子之间有球面转子定位机构，其结构为内球面和垫圈固定在转子上，中间夹置外球面，外球面内径定位在主轴外径上，同时有弹簧和弹簧座顶在垫圈上。

上述流体排出口设置锥形针阀，锥形针阀小头进口开于定子大圆弧面与减径过渡曲面交汇处，并且其小头端面与定子内壁保持一致，其大头端面紧顶着复位弹簧。

本发明的流体转叶式转子泵采用定子转叶和转子转叶配合定子端板封闭分隔定子上的排出口和吸入口，这种封闭径向几乎密封，又因转子与轴间由于采用了十字联轴器连接，转子端面能万向调整，所以转子端面和定子端板只要留有微量间隙，转子就能灵活转动工作，因此，该泵的高、低压腔之间工作密封程度极高；又因定子转叶密封至转子外径进行径向封闭，因此该泵径向虽留有转动间隙，并不顾此间隙多大，均不会转变成工作间隙。消除了传统中各类泵为了留有转动间隙，而不可避免地转为工作间隙，使之在工作中将高压腔流体带回或流回低压腔的缺点。因此该泵容积效率极高。又如上述各种结构的作用，该泵工作磨擦阻力也很小，因此，总工作效率也将极高，能充分体现节能效果，并且吸入能力强。再因转叶的截面积大，因此排出压力高，再由于该泵结构对称，高、低压腔容积和空间形状在转子转动情况下，虽在随时改变却永远是对称的，所以轴向力平衡，因此该泵体积小，工作噪音小，工作寿命长，流量脉动小，同时可做真空泵也可做压缩机。

附图说明

图1、流体转叶式转子泵正面剖视图；

图2、流体转叶式转子泵A-A剖视图；

图3a、流体转叶式转子泵定子组件结构剖视图；

图3b、流体转叶式转子泵定子组件结构示意图；

图4a、流体转叶式转子泵转子结构剖视图；

图4b、流体转叶式转子泵转子结构示意图；

图5a、流体转叶式转子泵定子转叶端向视图；

图5b、流体转叶式转子泵定子转叶主视图；

图6a、流体转叶式转子泵定子转叶、转子转叶的旋转弹簧座主视图；

图6b、流体转叶式转子泵定子转叶、转子转叶的旋转弹簧座侧视图；

图7a、流体转叶式转子泵转子转叶端向视图；

图7b、流体转叶式转子泵转子转叶主视图；

图8a、流体转叶式转子泵定子左端板视图；

图8b、流体转叶式转子泵定子左端板剖视图；

图9a、流体转叶式转子泵十字联轴器结构示意图；

图9b、流体转叶式转子泵十字联轴器结构剖视图；

图9c、流体转叶式转子泵十字联轴器结构剖视图；

图10a、流体转叶式转子泵球面定心器内球面正视图；

图10b、流体转叶式转子泵球面定心器内球面剖视图；

图11a、流体转叶式转子泵球面定心器外球面正视图；

图11b、流体转叶式转子泵球面定心器外球面剖视图；

图12、流体转叶式转子泵球面定心器结构原理示意图；

图13、流体转叶式转子泵重工质泄漏物排放B-B剖视图；

图14、流体转叶式转子泵轻工质泄漏物排放示意图；

图15、流体转叶式转子泵另一种结构A-A剖视图；

图16、流体转叶式转子泵又一种结构A-A剖视图；

图17、流体转叶式转子泵定子截面剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1.

如图1所示，该多用途转叶式转子泵由调整螺钉紧定螺母1、调整螺钉2、左盖板3、定子左端板4、定子5、定子右端板6、机械密封腔板7、机械密封静止环固定板8、悬架10、悬架端板11、辅之各O密封圈9和内包骨架旋转轴唇形密封圈12，用螺栓固定连结以上零件组合成泵的外壳，中间以主轴13传递动力。泵的外壳与主轴间形成了一个大空腔，由机械密封将此大空腔分割成两段，机械密封静止环17向右为润滑密封腔，机械密封旋转环的弹簧座18以左为工作腔，主轴通过十字联轴器的联结销甲21与十字联轴器中间圈19相联，中间圈通过十联轴器联结销乙22与转子20相联。主轴和转子之间还装有球面定心器垫圈23、内球面24、外球面25组成的球面定心器。在定子上装有弹性过渡曲线连接板26，因此，工作腔又被分割成转子外径和定子内壁间的实际工作腔。中心空间为剩余工作腔，从图示看出，通过定子左端板和定子右端板上的加压槽C，使定子排出口与剩余工作腔相联，因此，该泵在工作刚开始时，排出压力尚未建立，主轴在机械密封弹簧推力作用下有一个向左的轴向力，如果主轴左移，则调整螺钉就起到了止推作用。调整螺钉右端面与主轴左端面的间隙可通过旋转调整螺钉来调节，调整好后用紧定螺母加以固定，当泵的工作压力一建立，高压排出腔的压力通过定子左、右端板的加压槽C到达剩余工作腔，在剩余工作腔工作压力与大气压力的压差作用下，主轴的轴向力逐步向右过渡，主轴左端平面慢慢地离开了调整螺钉，工作时，主轴的轴向力就由轴承组14承担。轴承组两轴承之间装有挡圈15，润滑腔内用机油润滑轴承，并装有排放从机械密封正常泄漏出来工质的毛细排放管16。

图2是图1的A-A剖面，以图2所示为主导穿插参考图4-8所示，对本实用新型的实施例作进一步说明。该泵定子内表面曲线由二段长半径R圆弧、两段短半径r圆弧和四段过渡曲线组成的。定子内壁有二个吸入口，二个排出口，过渡面上装有弹性过渡曲线连接板26，此板活动支点由弹性过渡曲线连接板轴27定位在定子上的过渡曲线的中段，从图面看弹性过渡曲线连接板的曲线形状从定位点起与过渡曲线整个后半段重合并延伸，最后与转子外径吻合，并保持同径曲线延伸，连接板曲线背面装有弹性过渡曲线连接板的弹簧28，定子上还有定子转叶弹簧29、定子转叶30、定子内所装的转子上有转子转叶弹簧31、转子转叶复位定位销32及转子转叶33，从图示转子旋转方向看，定子吸入口在定子内表面曲线的终点边缘到排出口在定子内表面曲线的起点边缘，与轴心的夹角大于对应位置的两只相邻的转子转叶与定子内壁接触点到轴心的夹角，定子排出口在定子内表面过渡曲线的大圆起点处布置有辅助排出锥形针阀34、针阀复位弹簧35、锥形针阀小头端面与定子内表面相齐，保持定子内表面的完整。过渡曲线包括连接板在减径时是从大圆半径起微递减径到等减径到微递减径到转子外径止，并保持一段同径、增径时则反之。这样可以减少转子转叶在旋转时对定子内表面对应点的冲击，减少转子转叶的磨损和噪音。图3a、3b所示是定子组件结构，定子上有两孔定子转叶座36，转叶座与定子转叶弹簧的弹簧孔间开通有与定子转叶座轴线平行的开口槽。图4a、4b所示的是转子结构，转子上有转子转叶座37，数目取偶数，并与对应的转子转叶弹簧孔之间开通平行于转叶座轴心线平行的长槽。图5a、5b所示定子转叶，定子转叶表面有二条与转叶轴线有夹角的长槽，与转子外径接触的曲线起点与圆心距离L₁小于定子转叶的半径R₁，工作中可利用高低压腔流体压差加强径向密封，与转子外径接触面的曲面的曲线半径是转子直径的1/2，即D/2。图6a、6b所示是定子转叶与转子转叶的弹簧座38其大圆柱安装在定子转叶的弹簧孔内，中间方块卡在定子的开口槽中，小圆头卡在定子转叶的表面长槽中。

图7a、7b所示为转子转叶，转子转叶表面也有与转叶轴线有夹角的长槽，转叶与弹簧座的配合与定子转叶相同，同时表面在居中垂直于转叶轴线开有转子转叶定位销槽。与定子内部曲表面曲线接触点到圆心的距离L₂小于转子转叶的半径R₂，工作中可利用高低压腔流体压差加强径向密封。槽背面曲线半径D/2，也就是转子半径，转子转叶全部复位，转子外径表面就形成一个完整的圆柱体外表面。图8a、8b所示是定子左端板，板上的点划线圆分别代表转子外径和内径，板上有与定子实际工作腔排出口相通的加压槽C与剩余工作腔相连，与实际工作腔吸入口相通的通道d为减压槽，剩余工作腔在工作中，在加压槽C通道的作用下，实际成为了高压腔，为防止从高压腔在转子端面与定子端板之间可能有高压流体流向低压腔，应用减压槽可保障转子转叶在加径过渡曲线段中实现无压差回转。定子右端板对上述加压槽C、减压槽d通道作与左端板相向对称布置。转子转叶在转叶弹簧的作用下，被弹簧座带动旋转至与定子内表面或弹性过渡曲线连接板曲面接触，定子转叶在定子弹簧作用下，被弹簧座带动旋转到转子外径接触为止，在定子转叶、转子转叶和定子左、右端板的共同作用下，在转子旋转运动过程中，始终将定子上的吸入口和排出口分隔开来，形成了动态的形状、容积相同的两组实际工作腔，所以工作压力作用于轴和轴承上的径向压力始终平衡，起到卸荷作用。图2所示的一对转子转叶a和a₁，和一对定子转叶，已在瞬时完成了上述分隔定子内壁排出口和吸入口作用，试将转子按图示方向旋转一定角度时，转子转叶a和a₁各自与吸入口相通的实际工作腔的容积就变大了，造成了此两腔内负压，促使流体从吸入口流入补充。转子转叶a和a₁各自与排出口相通的实际工作腔容积变小，迫使流体排出。转子再旋转一定角度，转子上的下一对转叶b和b₁开始接替a和a₁的工作，转子再旋转一定角度，转子转叶a和a₁才脱离工作。转子转叶a和a₁行进在定子内表面过渡曲线中，由于受定子过渡曲线内壁压迫a和a₁开始回转，在弹性过渡曲线连接板段，由于此板弹簧的弹力大于转子转叶弹簧的弹力，这样迫使a和a₁旋转回到转子转叶定位销槽与转子转叶定位销接触为止，a和a₁正好成了转子转叶座的补缺填料，使转子外径表面以一个完整圆柱体外表面的形式通过径向密封的定子转叶后，再在定子过渡面和弹性过渡曲线连接板段中，反转复原到工作状态，周而复始，形成连续工作过程。由于弹性过渡曲线连接板和定子转叶的存在，解决了传统泵因定子与转子径向必须留有活动间隙，而在工作中处于高压腔活动间隙中的高压流体，肯定会因此被带回到低压腔再重新加压而造成的容积效率低的缺点。定子内壁表面曲线大半径R与定子内表面过渡曲线的起点处布置的辅助锥形针阀排出口，是帮助以特殊气体为工质的泵形设计的，当其吸入大量液体时，假设转子转叶a和a₁还未走到排出口边缘，而b和b₁已经开始密封工作时，瞬时转子转叶a-b与a₁-b₁之间工作腔内的压力可能高于排出口压力。此时由辅助的锥形针阀应付这种瞬时工况，到转子转叶a和a₁走到排出口时，辅助锥形针阀就在针阀复位弹簧作用下自动复位保证定子内表面曲线平面完整。也可以如图3所示，整个过渡曲线工作全部由弹性过渡曲线连接板实施，这样定子内壁表面可以统一为除定子转叶座处的缺口外半径是R的完整圆，加工更方便。

图9a、9b、9c所示是+字联轴器的结构及工作原理示意。主轴沿轴线开有一腰形孔，腰形孔平行轴线两面为直平面，联结销甲是一根圆柱销沿轴线从头到尾左右两面削平，上、下两面保持基圆，两平面与主轴腰形孔平面接触，以增加传动零件间的接触面，又可使联结销甲沿主轴轴线作轴向移动。基圆与联轴器中间圈两圆孔内壁接触。联轴器联结销乙有二根，其一头布置在联轴器中间圈与联结销甲之孔同一平面而相互垂直的两个孔中，另一头与转子配合，顶端面曲线半径为D/2。保证转子的外径园柱面完整，通过此联结销的联结，达到动力经过主轴传递到转子功能，并能使转子在泵壳内可万向调节端面位置和整体作轴向挪移，从而保证转子端面与定子左、右端板之间留余最小间隙而能灵活转动的目的。

图10a、10b所示是流体转叶式转子泵球面定心器内球面。图11a、11b所示是流体转叶式转子泵球面定心器外球面。图12所示是多用途流体转叶式转子泵的结构及工作原理的示意。根据示意，将半径为SR的内球面和垫圈固定在转子上随转子作端面万向活动，中间夹置半径相同外球面，外球面内径定位在主轴外径，只作轴向活动，同时使用弹簧40和弹簧座39顶在垫圈上，泵工作开始时利用弹簧弹力，使两球面紧贴，当工作压力建立后，利用工作压力，增加两球面紧贴力，为防止紧贴力太大，将外球面削去多余部分，这样可以保证转子在工作中只作端面万向摇摆和径向调整，其中心始终在主轴的轴线的某一点上。

图13是图1的B-B剖面，当该泵运行所载工质不溶于并且比重大于润滑油时，机械密封正常泄漏流体淀积在润滑密封腔的下部，到一定量时，使润滑油液面升高，在液面压力作用下，将泄漏工质通过毛细管排出润滑腔。图14所示，当该泵运行所载的工质不溶于并比重小于润滑油时，机械密封的正常泄漏流体在润滑腔内上升到润滑油的上部，达到一定位置后，通过拧去下部的毛细管排出润滑腔。

实施例2.

如图15所示，弹性过渡曲线连接板背面设有卡脚41卡在定子卡座上，同时两端背面与定子弹簧孔之间设有弹簧，其余如实施例1。

实施例3.

如图16所示，定子转叶或转子转叶其弹性机构为其转叶轴芯上套有扭簧42，扭簧另一端卡在定子转叶座或转子转叶座弹簧孔上，其余如实施例1。

实施例4.

如图17所示，定子中间空腔内表面设有4个定子转叶座，定子转叶、转子、转子转叶及其它辅助结构与实施例1类似设计，并且泵壳中用通道将众多流体吸入口，流体排出口连接起来成为一个总流体吸入口和总流体排出口。

Claims (15)

1.一种流体转叶式转子泵，其包括有泵壳、转子(20)，泵壳中间空腔中有固定于主轴(13)上并由其带动的圆柱体转子(20)，同时泵壳中间空腔开有流体吸入口和排出口，其特征在于：

(1)泵壳定子(5)中间空腔内表面均布多个开口圆柱孔作为定子转叶座(36)，定子转叶座内装有开有缺口的圆柱定子转叶(30)，定子转叶与定子转叶座之间设有使定子转叶旋转复位和作径向密封的弹性机构，循着转子转动方向，在每个定子转叶前后位置，定子中间空腔内表面设有流体排出口和流体吸入口，流体排出口至定子转叶，定子中间空腔内表面的过渡面上装有弹性过渡曲线连接板，整个弹性过渡曲线连接板是逐步减径，最后与转子外径吻合，定子转叶至流体吸入口，定子中间空腔内表面的过渡面装有弹性过渡曲线连接板，整个弹性过渡曲线连接板是逐步增径，从最初转子外径增大至定子中间空腔表面，定子空腔其余表面为大圆圆弧面；

(2)转子外径表面开有圆周均布的、呈偶数且2对和2对以上的开口圆柱体孔，作为转子转叶座(37)，转子转叶座内装有截面为大半圆的转子转叶(33)，转子转叶截面局部曲面曲率半径与转子半径相同；转子转叶座与转子转叶之间设有使转子转叶做出径向密封、回转、转子外径补缺动作的弹性机构。

2.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述弹性过渡曲线连接板其结构可以为一端与定子为轴式活动连接固定，另一端背面与定子弹簧孔之间支有弹簧(28)也可以为其背面设有卡脚卡在定子卡座上，同时两端背面与定子弹簧孔之间设有弹簧。

3.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述弹性机构为定子转叶(30)或转子转叶(33)轴芯上套有扭簧(42)，扭簧一端卡在定子转叶座或转子转叶座弹簧孔上，也可以为定子转叶座或转子转叶座旁设有弹簧孔和开口槽，对应转叶开有斜槽，转叶座与转叶之间连有弹簧座(38)和弹簧。

4.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述流体吸入口和流体排出口可以在泵壳中用通道连接起来成为一个总流体吸入口和总流体排出口。

5.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述转子转叶(33)个数为4-12个。

6.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述定子转叶与转子外径接触部分缺口曲率半径与转子半径相同。

7.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述弹性过渡曲线连接板(26)固定在正、反定子端面上。

8.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述过渡面与弹性过渡曲线连接板(26)组成的曲线减径时其曲线从大圆半径起微递减径到等减径到微递减径再到转子外径上保持一段等径延伸至定子转叶旁，增径时，反之。

9.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述弹性过渡曲线连接板(26)其轴定位在定子过渡面曲线中段或顶点，定位在顶点时，定子过渡面成为大圆弧面一部分。

10.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述定子其左、右端板开设减压槽(d)和加压槽(c)。

11.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述泵壳其左盖板设有调整螺钉(2)和调整螺钉紧定螺母(1)组成主轴轴向活动间隙调整结构。

12.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述泵壳设有机械密封静止环固定板(8)，其空腔内装有正常泄漏工质的毛细排放管(16)。

13.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述转子通过十字联轴器联接主轴(13)上，主轴沿轴线开有一腰形孔，腰形孔平行轴线的两面为直平面，对应套在主轴上的中间圈(19)也开有两圆孔，联轴器联接销甲(21)沿轴线两面削平，并保持剩余两面基圆弧面，穿入主轴腰形孔和中间圈圆孔中，联轴器联接销乙(22)有两根，一头布置在联轴器中间圈与联接销甲之孔同一平面而相互垂直的两孔中，另一头与转子配合，顶端曲率半径与转子半径相等。

14.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述主轴与转子之间有球面转子定位机构，其结构为内球面(24)和垫圈(23)固定在转子上，中间夹置外球面(25)，外球面内径定位在主轴(13)外径上，同时有弹簧(40)和弹簧座(39)顶在垫圈上。

15.如权利要求1所述的转子泵，其特征在于所述流体排出口设置锥形针阀(34)，锥形针阀小头进口开子定子大圆弧面与减径过渡曲面交汇处，并且其小头端面与定子内壁保持一致，其大头端面紧顶着复位弹簧(35)。

Images